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Academic Year/course: 2023/24

29713 - Technical Thermodynamics and Fundamentals of Heat Transfer


Syllabus Information

Academic year:
2023/24
Subject:
29713 - Technical Thermodynamics and Fundamentals of Heat Transfer
Faculty / School:
110 - Escuela de Ingeniería y Arquitectura
Degree:
330 - Complementos de formación Máster/Doctorado
434 - Bachelor's Degree in Mechanical Engineering
ECTS:
6.0
Year:
434 - Bachelor's Degree in Mechanical Engineering: 2
330 - Complementos de formación Máster/Doctorado: XX
Semester:
First semester
Subject type:
434 - Compulsory
330 - ENG/Complementos de Formación
Module:
---

1. General information

This subject is the basis of some of the most important subjects of the Mechanical Engineering studies, as it covers not only the analysis of thermal processes - production and absorption of mechanical energy (engines and turbomachines, compressors, pumps, etc.), and the production of cold/heat (heat exchange equipment, boilers, evaporators, condensers, etc.), but also a large part of the fluid-mechanical and chemical processes.

With this subject, students become familiar with the thermodynamic methodology necessary to approach, simplify, model and simulate different energy installations, both economically and socially important: chemical processed industries, food processing, ceramics, paper, transportation, aviation, etc., as well as thermal power plants for electricity production, gas turbines, alternative internal combustion engines for the automotive industry, refrigeration and air conditioning systems, etc.

The subject is essential to take the following courses: Thermal Machines and Engines (compulsory), and Thermal Engineering (compulsory).

These approaches and objectives are aligned with the Sustainable Development Goals (SDGs) of the 2030 Agenda of United Nations (https://www.un.org/sustainabledevelopment/es/) and certain specific targets, such that the acquisition of the learning results of the subject will contribute to some extent to the achievement of targets 7.2 and 7.3 of Goal 7, 9.4 of Goal 9, 11.6 of Goal 11 and 12.2 of Goal 12.

2. Learning results

  • To know the thermophysical properties of industrial interest and to be able to use and select appropriate procedures and tools for their calculation.
  • To know and apply the laws of thermodynamics to the energetic analysis of basic engineering equipment and processes.
  • To acquire the basic criteria for the analysis of thermodynamic cycles.
  • To know the basic mechanisms of heat transfer for the analysis of thermal equipment.
  • Solve in a reasoned way basic problems of technical thermodynamics applied to engineering.

3. Syllabus

TOPIC 1: Basic concepts: thermodynamic system, properties and state of a substance, state principle, equilibrium, thermodynamic processes, energy transfers (heat and work).

TOPIC 2: Behavior of pure substances: Heterogeneous systems, PvT surface, thermodynamic diagrams, tables of thermodynamic properties.

TOPIC 3: Treatment of pure substances: equations of state, ideal and real gas model, incompressible substance model.

TOPIC 4: First principle of thermodynamics: energy balance in closed systems.

TOPIC 5: First principle of thermodynamics: energy balance in open systems.

TOPIC 6: Second Principle of Thermodynamics.

TOPIC 7: Entropy.

TOPIC 8: Gas power cycles: Joule-Brayton cycle.

TOPIC 9: Steam turbine power cycles: Rankine power cycle.

TOPIC 10: Vapor compression refrigeration cycles.

TOPIC 11: Fundamentals of psychrometry.

4. Academic activities

In order for students to achieve the learning outcomes described above and to acquire the competences designed for this subject, the following training activities are proposed:

  • Participative lectures: 45 hours Exposition of the fundamental contents of the subject and the methodology for problem solving is established.
  • Laboratory practices (15 hours): Practical application of the concepts developed in theory classes and problems by means of practical work with computer and/or laboratory.
  • Personal study and work (90 hours): Study of the subject matter and the presentation of exercises, questions and problems in addition to those solved in class. This encourages autonomous work, studying the subject matter and applying it to problem solving. This directed activity, but of autonomous execution, is fundamental for the student's learning processand for overcoming the evaluation activities.
  • Assessment tests (3 hours)

The hours indicated are only illustrative and will be adjusted depending on the academic calendar.

5. Assessment system

1st Call: The procedure consists of a set of tests that allow passing the subject with an overall grade equal to or higher than 5 points out of 10. The practical sessions will take place during the teaching period, while the written exam (global assessment test) will take place during the exam period.

Second call: The procedure is identical to that of the 1st call.

The final grade will be calculated by weighting the grades of each of the parts according to the activities carried out, as shown in the following table, being necessary an overall grade equal or higher than 5 to pass the subject.

  Option 1 Option 2
Conditions Practical classes: YES (and grade > 5) Practical classes: NO (or grade < 5)
Exam a

80%

(minimum grade of 4 in each part of the exam: theory and problems)

20%

(minimum grade of 4 in each part of the exam: theory and problems)

Practicesb 20% ---

aExam:

• The exam is composed of two parts, one of theory (50%) and the other of problems (50%).
• In order to pass the exam and pass the subject it is mandatory to obtain a minimum grade of 4 in each of the parts (theory and problems).
• The explanation of the methodology followed for the resolution of the problems, the correct use of the units, and the analysis of the results will be especially valued.

bPractices:

• The practices not carried out or not handed in are considered zero in the calculation of the final grade of this part.
• In case of not obtaining an overall grade of more than 5, the practice will be considered failed.


Curso Académico: 2023/24

29713 - Termodinámica técnica y fundamentos de transmisión de calor


Información del Plan Docente

Año académico:
2023/24
Asignatura:
29713 - Termodinámica técnica y fundamentos de transmisión de calor
Centro académico:
110 - Escuela de Ingeniería y Arquitectura
Titulación:
330 - Complementos de formación Máster/Doctorado
434 - Graduado en Ingeniería Mecánica
Créditos:
6.0
Curso:
434 - Graduado en Ingeniería Mecánica: 2
330 - Complementos de formación Máster/Doctorado: XX
Periodo de impartición:
Primer semestre
Clase de asignatura:
434 - Obligatoria
330 - Complementos de Formación
Materia:
---

1. Información básica de la asignatura

Esta asignatura es la base de algunas de las materias más importantes de los estudios de Ingeniería Mecánica, ya que abarca no sólo el análisis de los procesos térmicos —producción y absorción de energía mecánica (motores y turbomáquinas, compresores, bombas, etc.), y la producción de frío/calor (equipos de intercambio de calor, calderas, evaporadores, condensadores, etc.), sino también buena parte de los procesos fluidomecánicos y químicos.

Con esta materia, los estudiantes se familiarizan con la metodología termodinámica necesaria para abordar, simplificar, modelar y simular distintas instalaciones energéticas, importantes tanto a nivel económico como social: industrias de procesos químicos, agroalimentarias, cerámicas, papeleras, transporte, aviación, etc., así como centrales térmicas de producción de electricidad, turbinas de gas, motores alternativos de combustión interna para automoción, sistemas de refrigeración y aire acondicionado, etc.

La asignatura resulta esencial para cursar las asignaturas posteriores de Máquinas y Motores Térmicos (obligatoria), e Ingeniería Térmica (obligatoria).

Estos planteamientos y objetivos están alineados con los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) de la Agenda 2030 de Naciones Unidas (https://www.un.org/sustainabledevelopment/es/) y determinadas metas concretas, de tal manera que la adquisición de los resultados de aprendizaje de la asignatura contribuirá en cierta medida al logro de las metas 7.2 y 7.3 del Objetivo 7, 9.4 del Objetivo 9, 11.6 del Objetivo 11 y 12.2 del Objetivo 12.

2. Resultados de aprendizaje

  • Conocer las propiedades termofísicas de interés industrial y ser capaz de utilizar y seleccionar procedimientos y herramientas adecuadas para su cálculo.
  • Conocer y aplicar las leyes de la termodinámica al análisis energético de equipos y procesos básicos en ingeniería.
  • Adquirir los criterios básicos para el análisis de ciclos termodinámicos.
  • Conocer los mecanismos básicos de transferencia de calor para el análisis de equipos térmicos.
  • Resolver de forma razonada problemas básicos de termodinámica técnica aplicados a la ingeniería.

3. Programa de la asignatura

TEMA 1: Conceptos básicos: sistema termodinámico, propiedades y estado de una sustancia, principio de estado, equilibrio, procesos termodinámicos, transferencias de energía (calor y trabajo).
TEMA 2: Comportamiento de las sustancias puras: Sistemas heterogéneos, superficie PvT, diagramas termodinámicos, tablas de propiedades termodinámicas.
TEMA 3: Tratamiento de las sustancias puras: ecuaciones de estado, modelo de gas ideal y real, modelo de sustancia incompresible.
TEMA 4: Primer principio de la termodinámica: balance de energía en sistema cerrados.
TEMA 5: Primer principio de la termodinámica: balance de energía en sistema abiertos.
TEMA 6: Segundo Principio de la Termodinámica.
TEMA 7: Entropía.
TEMA 8: Ciclos de potencia de gas: Ciclo Joule-Brayton.
TEMA 9: Ciclos de potencia en turbinas de vapor: Ciclo Rankine de potencia.
TEMA 10: Ciclos de refrigeración por compresión de vapor.
TEMA 11: Fundamentos de psicrometría.

4. Actividades académicas

Con objeto de que los alumnos alcancen los resultados de aprendizaje descritos anteriormente y adquieran las competencias diseñadas para esta asignatura, se proponen las siguientes actividades formativas:

  • Clase magistral participativa (45 horas): Exposición de los contenidos fundamentales de la materia y se establece la metodología para la resolución de problemas.
  • Prácticas de laboratorio (15 horas): Aplicación práctica de los conceptos desarrollados en las clases de teoría y problemas mediante la realización de trabajos prácticos con ordenador y/o laboratorio.
  • Estudio y trabajo personal (90 horas): Estudio de la materia y planteamiento de ejercicios, cuestiones y problemas adicionales a los resueltos en clase. Con ello se fomenta el trabajo autónomo, estudiando la materia y aplicándola a la resolución de problemas. Esta actividad dirigida, pero de ejecución autónoma, es fundamental para el proceso de aprendizaje del estudiante y para la superación de las actividades de evaluación.
  • Pruebas de evaluación (3 horas)

Las horas indicadas son de carácter orientativo y serán ajustadas dependiendo del calendario académico del curso.

5. Sistema de evaluación

1ª Convocatoria: El procedimiento planteado consiste en un conjunto de pruebas que permiten superar la asignatura con una nota global igual o superior a 5 puntos sobre 10. Las sesiones prácticas se desarrollarán durante el periodo docente, mientras que el examen escrito (prueba global de evaluación) se realizará en el periodo de exámenes.

2ª Convocatoria: El procedimiento es idéntico al de la 1ª convocatoria.

La nota final se calculará mediante la ponderación de las notas de cada una de las partes en función de las actividades realizadas según se muestra en el siguiente cuadro, siendo necesaria una nota global igual o superior a 5 para aprobar la asignatura.

  Opción 1 Opción 2
Condiciones Prácticas: SI (y nota > 5) Prácticas: NO (o nota < 5)
Examena

80%

(nota mínima de 4 en cada parte del examen: teoría y problemas)

20%

(nota mínima de 4 en cada parte del examen: teoría y problemas)

Prácticasb 20% ---

aExamen:

  • El examen se compone de dos partes, una de teoría (50%) y otra de problemas (50%).
  • Para aprobar el examen y superar la asignatura es obligatorio obtener una nota mínima de 4 en cada una de las partes (teoría y problemas).
  • Se valorará especialmente la explicación de la metodología seguida para la resolución de los problemas, la utilización correcta de las unidades, y el análisis de los resultados.

bPrácticas:

  • Las prácticas no realizadas o no entregadas median con cero en el cálculo de la nota final de esta parte.
  • En caso de no obtener una calificación global de prácticas superior a 5, se considerarán suspensas.